便携式植被生理生态监测装置的制作方法

本实用新型涉及农业技术领域，具体涉及一种便携式植被生理生态监测装置。

背景技术：

随着农业信息化快速发展，操作便捷的植被生理生态指数信息调查手段成为迫切需要。

传统采用田间样本获取、实验室仪器测量、使用纸和笔记录测量结果的方式不仅效率低、成本高，而且由于采集样本的生理信息被不同程度的破坏，导致调查结果不准确，同时，由于调查对象为植被，其生长状态信息变化速度较快，传统调查手段的效率低势必会造成调查结果的时间跨度大，从而导致调查结果的误差较大。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种便携式植被生理生态监测装置，由于集成了红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器、超声波传感器和GPS位置传感器，因此可以实时获取较为全面和准确的植被生理生态指数监测数据。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种便携式植被生理生态监测装置，包括：监测箱体；所述监测箱体的顶面设置有红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器和超声波传感器；所述监测箱体中设置有GPS位置传感器；

所述监测箱体的侧面设置有箱体总开关以及用于分别控制红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器、超声波传感器和GPS位置传感器启动或关闭的子开关。

优选地，所述红外光谱传感器的中心波长为630nm。

优选地，所述近红外光谱传感器的中心波长为800nm。

优选地，所述热红外光谱传感器的中心波长为2500nm。

优选地，所述装置还包括：锂电池和太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述监测箱体的底面。

优选地，所述装置还包括：定时器；

所述红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器、超声波传感器和/或GPS位置传感器根据定时器中设定的定时时刻进行数据采集。

优选地，所述装置还包括：存储器；所述存储器，用于存储所述红外光谱传感器、所述近红外光谱传感器、所述热红外光谱传感器、所述超声波传感器和所述GPS位置传感器采集的数据以及采集时间。

优选地，所述装置还包括：处理器；所述处理器，用于利用预先存储的公式对所述红外光谱传感器和所述近红外光谱传感器采集的光谱数据进行处理，得到归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI、叶绿素a和b含量Cab、植被覆盖度FVC、预测产量Yield和推荐氮肥施用量Nc。

优选地，所述装置还包括：数据接口和数据传输线；

所述红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器、超声波传感器和GPS位置传感器共用一条所述数据传输线；

所述数据接口为4插针的接口形式，4插针分别连接数据传输线、工作状态线、电源正极和地线。

优选地，所述装置还包括：与所述监测箱体底部连接的操作杆。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的便携式植被生理生态监测装置，由于集成了红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器、超声波传感器和GPS位置传感器，因此可以实时获取较为全面和准确的植被生理生态指数监测数据，相对于现有技术中人工获取植被生理生态数据的方式，本实施例提供的便携式植被生理生态监测装置，具有操作便捷，获取数据实时性高、准确率高、获取数据较为全面等优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的便携式植被生理生态监测装置的一种结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的便携式植被生理生态监测装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型一实施例提供了一种便携式植被生理生态监测装置，参见图1，包括：监测箱体1；所述监测箱体1的顶面设置有红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13和超声波传感器14；所述监测箱体中设置有GPS位置传感器15；所述GPS位置传感器15可以设置在所述监测箱体1的顶面，也可以设置在所述监测箱体1的内部。

所述监测箱体1的侧面设置有箱体总开关20以及用于分别控制红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和GPS位置传感器15启动或关闭的子开关21～25。

其中，子开关21用于控制红外光谱传感器11的启动或关闭；子开关22用于控制近红外光谱传感器12的启动或关闭；子开关23用于控制热红外光谱传感器13的启动或关闭；子开关24用于控制超声波传感器14的启动或关闭；子开关25用于控制GPS位置传感器15的启动或关闭；

参见图1，优选地，所述监测箱体1的长宽高分别为13cm、10cm、8cm，带有红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和GPS位置传感器15的监测箱体1的总质量为750g。可见本实施例提供的便携式植被生理生态监测装置操作起来较为轻便。在具体使用时，可以通过图2所示的操作杆以及操作手柄将监测箱体1的顶面对准待监测的目标植被，以获取目标植被的生理生态监测数据。

本实施例提供的便携式植被生理生态监测装置，由于集成了红外光谱传感器、近红外光谱传感器、热红外光谱传感器、超声波传感器和GPS位置传感器，因此可以实时获取较为全面和准确的植被生理生态指数监测数据，相对于现有技术中人工获取植被生理生态数据的方式，本实施例提供的便携式植被生理生态监测装置，具有操作便捷，获取数据实时性高、准确率高、获取数据较为全面等优势。

在一种可选实施方式中，所述红外光谱传感器的中心波长为630nm；所述近红外光谱传感器的中心波长为800nm；所述热红外光谱传感器的中心波长为2500nm。其中，630nm的红外光谱传感器和800nm的近红外光谱传感器分别为入射光传感器和反射光传感器。

这里，采用三种不同波长的光谱传感器来探测植被光谱信息，其中，630nm和800nm的光谱传感器的使用能很好的测定植被的生理信息，2500nm的热红外光谱传感器对于测定植被生态信息。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：锂电池30和太阳能电池板40，所述太阳能电池板40设置在所述监测箱体1的底面。

这里，采用内部锂电池供电和外部太阳能电池板供电两种供电方式，供电电压为9～12v，在无外部太阳能电池板供电的情况下自动使用内部锂电池，而在接外部太阳能电池板时会自动给内部锂电池充电。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：定时器(图中未示出)；所述红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和/或GPS位置传感器15根据定时器中设定的定时时刻进行数据采集。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：存储器(图中未示出)；所述存储器，用于存储所述红外光谱传感器、所述近红外光谱传感器、所述热红外光谱传感器、所述超声波传感器和所述GPS位置传感器采集的数据以及采集时间。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：处理器(图中未示出)；所述处理器，用于利用预先存储的公式对所述红外光谱传感器11和所述近红外光谱传感器12采集的光谱数据进行处理，得到归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI、叶绿素a和b含量Cab、植被覆盖度FVC、预测产量Yield和推荐氮肥施用量Nc。

这里，根据预先存储的公式可以理解为归一化植被指数处理模型、叶面积指数处理模型、叶绿素a和b含量处理模型、植被覆盖度处理模型、预测产量处理模型和推荐氮肥施用量处理模型，利用红外光谱传感器11和近红外光谱传感器12采集的光谱数据，通过这些预存的模型，采用处理器计算得到归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI、叶绿素a和b含量Cab、植被覆盖度FVC、预测产量Yield和推荐氮肥施用量Nc。这里，处理器可以为CPU或硬件电路板。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：数据接口50和数据传输线(图中未示出)；所述红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和GPS位置传感器15共用一条所述数据传输线；

这里，所述红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和GPS位置传感器15使用异步数据传输的方式共同采用一根数据传输线输出采集的原始数据，简便了装置结构。

这里，数据接口50采用4根插针的形式，其中一根连接数据传输线，一根连接工作状态线，一根连接电源正极，一根连接地线。

此外，所述装置还包括：电源充电接口(图中未示出)，为避免和数据接口50混淆，设计电源接充电接口为2插针形式。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：设置在所述监测箱体底部的显示器(图中未示出)，所述显示器用于显示所述红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和GPS位置传感器15采集的数据信息。

此外，显示器上还设置有控制器按钮，分别为“模式”、“采集”、“显示”、“GPRS”、“WIFI”，通过“模式”按钮自由切换装置工作模式(模式说明如下表1所示)，装置内部集成了数据分析处理硬件电路板，同时在电路板上集成GPRS模块、电源管理模块、SIM卡模块等，负责接收各个传感器传输过来的数据，并分析处理，存储在内部TF卡中。其中在TF卡中的存储格式为excel表格的形式，每一条数据对应表格中一条记录，每个excel表格都是以开机时间点来命名，

表1

此外，显示器除了用于显示所述红外光谱传感器11、近红外光谱传感器12、热红外光谱传感器13、超声波传感器14和GPS位置传感器15采集的数据信息之外，还用于显示处理器处理完后获取的数据，这些数据包括归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI、叶绿素Cab、植被覆盖度FVC、预测产量Yield、推荐氮肥施用量Nc、GPS位置信息(包含纬度N，精度E和海拔高度High，其中经纬度为NMEA0183标准格式数据)、冠层温度信息Temp、株高Dis等。

在本实施例中，植被覆盖度FVC的单位为百分比，并记植被全覆盖时为1；叶绿素含量Cab单位为ug/cm2；预测产量Yield单位为kg/亩；推荐氮肥施用量Nc单位为kg/亩；经纬度采用标准NMEA0183协议数据格式，株高单位为cm，温度单位是摄氏度。

优选地，显示屏显示信息主要包括两部分，一部分是装置的工作状态参数信息，例如包括电池电量、GPRS无线信号强度、工作模式、开(关)GPRS、开(关)WIFI信号等、采集数据序列号；另一部分是装置获取的指标参数信息。

在一种可选实施方式中，参见图2，所述装置还包括：与所述监测箱体1底部连接的操作杆2以及与操作杆2连接的操作手柄3。手握操作手柄3使得监测箱体1的顶部对准目标植被，进而可以获取目标植被的生理生态监测数据。这种方式属于手持式移动监测，数据实时显示且同步记录在内置TF卡中。在另一种可选实施方式中，还可以通过支架实现固定位置监测。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括与所述监测箱体1底部连接的连接杆以及与用于固定所述连接杆的支架，这样利用支架将监测箱体1固定在同一个地方长期观测，数据实时远程发送到服务器端。

本实用新型充分利用了植被生长过程中最能反应植被健康长势好坏的生理生态指标来作为研究对象，并使用三种不同波长的光谱传感器来探测植被光谱信息，其中，630nm和800nm的光谱传感器的使用能很好的测定植被的生理信息，2500nm的热红外光谱传感器对于测定植被生态信息，GPS位置传感器和超声波测距传感器的进一步结合使得对植被测量和计算的指标更加丰富，更能准确反映出植被生理生态信息，为农业生产决策提供可靠的信息服务。采用便携式设计和数据实时在线实时监测的方式，使得操作更加简便，同时通过观察实时的测量结果，可以进行快速数据筛选，同时集成GPRS模块，使得固定式观测，数据远程传输成为一种新的使用模式。

本实用新型提供的集成红、近红、热红外波段光谱传感器、GPS位置传感器、超声波传感器的便携式植被生理生态监测装置能够同时监测归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI、叶绿素Cab、植被覆盖度FVC、预测产量Yield、推荐氮肥施用量Nc、GPS位置信息、冠层温度信息Temp、株高Dis等多种信息，采用小型化和轻型化的设计使得测量过程更加方便，同时，对于获取的数据采用实时在线处理并得到分析结果的方式，为更好的满足现代农业信息化过程中对多种植被生理生态指数信息快速获取的需求提供有效的监测手段，为更好的科学生产提供便利。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。